4. Что такое ЭДС? Методика измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника.

ЭДС (Электродвижущая сила)

Электродвижущая сила (ЭДС, ε) — это характеристика источника тока, которая показывает, какую работу совершают сторонние (неэлектрические) силы по перемещению единичного положительного заряда внутри источника из области меньшего потенциала в область большего потенциала. ЭДС является причиной возникновения тока в замкнутой цепи.

Формула:

\[ \varepsilon = \frac{A_{ст}}{q} \]

где \( A_{ст} \) — работа сторонних сил, \( q \) — перемещаемый заряд.

Единица измерения ЭДС в СИ — Вольт (В), такая же, как и для напряжения, но ЭДС характеризует источник, а напряжение — участок цепи.

Методика измерения ЭДС и внутреннего сопротивления

1. Измерение ЭДС:

Чтобы измерить ЭДС источника, нужно исключить его внутреннее сопротивление, то есть измерить напряжение на клеммах источника при разомкнутой цепи (когда ток не идет).

• Схема: Вольтметр подключается параллельно полюсам источника тока. Ключ в цепи разомкнут.
• Измерение: Показания вольтметра \( U_{вольтметра} \) при разомкнутой цепи будут равны ЭДС источника: \( \varepsilon = U_{вольтметра} \) (при условии, что сопротивление вольтметра очень велико и током, протекающим через него, можно пренебречь).

2. Измерение внутреннего сопротивления (r):

Для измерения внутреннего сопротивления используются два измерения:

• Шаг 1: Измерение ЭДС (ε). Подключить вольтметр к клеммам источника при разомкнутой цепи (как описано выше). Записать показания \( U_1 \) (это и будет \( \varepsilon \)).
• Шаг 2: Измерение напряжения при нагрузке. Подключить к клеммам источника известное внешнее сопротивление \( R_{внеш} \) (например, резистор). Измерить напряжение \( U_2 \) на этом сопротивлении с помощью вольтметра и силу тока \( I \) в цепи с помощью амперметра.
• Расчет: Внутреннее сопротивление \( r \) можно найти по формуле:

  \[ \varepsilon = I(R_{внеш} + r) \]

  Зная \( \varepsilon \) (из шага 1), \( R_{внеш} \) и \( I = \frac{U_2}{R_{внеш}} \) (из шага 2), выразим \( r \):

  \[ r = \frac{\varepsilon}{I} - R_{внеш} = \frac{U_1}{\frac{U_2}{R_{внеш}}} - R_{внеш} \]

Ответ: ЭДС — это работа сторонних сил по перемещению заряда внутри источника. ЭДС измеряют вольтметром при разомкнутой цепи. Внутреннее сопротивление находят, измерив ЭДС и напряжение (или ток) при подключенной нагрузке.